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原子结构与原子核高考物理一轮复习课件PPT
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这是一份原子结构与原子核高考物理一轮复习课件PPT，共35页。
1.玻尔理论的三个重要假设(1)定态假设：电子只能处于一系列 的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的转动是 的，电子虽然绕核运动，但并不产生电磁辐射.(2)跃迁假设：电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En，m>n)时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝ .(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)(3)轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应.原子的定态是 ，因此电子的可能轨道也是 .
2.氢原子的能量和能级跃迁(1)能级和半径公式：①能级公式：En＝ E1(n＝1,2,3…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝ eV.②半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3…)，其中r1为基态轨道半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.
(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发射光子光子的频率ν＝(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收光子吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν＝ΔE.
2.使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子：(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，则光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n＋1时能量不足，则可激发到n能级的问题.(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如，自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于等于两能级的能量差值，就可使原子发生能级跃迁.
2.光谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N＝3.电离(1)电离态：n＝∞，E＝0.(2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量.例如：基态→电离态：E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV(3)吸收的能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能.
注意跃迁与电离：hν＝Em－En只适用于光子和原子作用使原子在各定态之间跃迁的情况，对于光子和原子作用使原子电离的情况，则不受此条件的限制.如基态氢原子的电离能为13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大.
例：氢原子能级图如图，氢原子处于n＝4能级上.当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射光的波长为1 884 nm，下列判断正确的是A.一个氢原子向低能级跃迁时，最多产生6种谱线B.从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量C.氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长大 于1 884 nmD.用从n＝5能级跃迁到n＝2能级辐射的光照射W逸＝2.29 eV的钠，能发 生光电效应
B.氢原子向外辐射能量，不是原子核向外辐射能量
C.直接看线段长短，能量差更大，光子频率更大，波长更短
D.E＝E5－E2＝－0.54 eV－(－3.40 eV)＝2.86 eV>2.29 eV
(多选)如图所示是氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出6种不同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n＝2能级跃迁时释放的光子，则
A.6种光子中波长最长的是n＝4激发态跃迁到基态 时产生的B.6种光子中有2种属于巴耳末系C.使n＝4能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量D.若从n＝2能级跃迁到基态释放的光子能使某金 属板发生光电效应，则从n＝3能级跃迁到n＝2能 级释放的光子也一定能使该板发生光电效应
能量差最大，光子频率最大，波长最短
如图所示为氢原子的能级图.用光子能量为13.06 eV的光照射一群处于基态的氢原子，则可能观测到氢原子发射的不同波长的光有A.15种 B.10种 C.4种 D.1种
1.原子核的组成：原子核是由 和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的 .2.天然放射现象放射性元素 地发出射线的现象，首先由 发现.天然放射现象的发现，说明 具有复杂的结构.
X表示 元素符号
Z表示 质子数
A表示 质量数
如质子数相同，中子数不同，（质量数当然不同），则互为同位素。
核外电子数也相同；化学性质相同，物理性质不同。
注意质量数不是质量质子数或电荷数也不是电荷量
电荷数＝质子数＝元素的原子序数＝中性原子核外电子数质量数＝核子数＝质子数＋中子数.
1.定义：原子核放出α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核，我们把这种变化称为原子核的衰变.原子核衰变时电荷数和质量数都守恒，但质量不守恒
3.衰变规律： 守恒， 守恒.
原子核内原来是没有电子的，本质是核内一个中子转化为一个质子+电子
原子核内原来是没有α粒子的，本质是核内两个中子和两个质子结合
衰变次数的分析计算方法：(1)依据：电荷数和质量数守恒(2)方法：根据β衰变不改变质量数的特点，可根据反应先后质量数的变化先确定α衰变的次数，然后计算出电荷数的改变，由其差值可确定β衰变的次数.
238＝206＋4x①92＝82＋2x－y②联立①②解得x＝8，y＝6.即一共经过8次α衰变和6次β衰变.
例：放射性元素A经过2次α衰变和1次β衰变后生成一新元素B，则元素B在元素周期表中的位置较元素A的位置向前移动了A.1位 B.2位C.3位 D.4位
每经过一次α衰变，元素电荷数减少2，每经过一次β衰变，元素电荷数增加1，元素A经过2次α衰变和1次β衰变，则电荷数减少3，即新元素在元素周期表中的位置向前移动了3位，故C正确.
1.放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期.2.放射性元素衰变的快慢是由 的因素决定的，跟原子所处的 和 没有关系.3.半衰期是一个 概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时刻衰变的可能性，因此，半衰期只适用于 原子核.
(多选)14C发生放射性衰变为14N，半衰期约5 700年.已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少.现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一.下列说法正确的是( )A.该古木的年代距今约5 700年B.12C、13C、14C具有相同的中子数C.14C衰变为14N的过程中放出β射线D.增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变
C.衰变前后质量数守恒，质量并不守恒
由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向
裂变和聚变都损失质量，释放能量
A.质量数和电荷数守恒,X质量数为4，电荷数为2，为α粒子
B.Y质量数为1，电荷数为0，为中子，核反应类型为轻核聚变
C.K质量数为10，电荷数为0，则K为10个中子，核反应类型为重核裂变
D.Z质量数为1，电荷数为1，为质子，核反应类型为人工转变
核力与四种基本相互作用
1.核力原子核里的 间存在着相互作用的核力， 把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核.2.核力特点(1)核力是 的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力 .(2)核力是 ，作用范围在 之内.(3)每个核子只跟 的核子发生核力作用，这种性质称为核力的 .
1.5×10－15 m
1结合能.当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量．这个能量叫做原子核的结合能
原子核的核子越多，它的结合能越高。因此，有意义的是它的结合能与核子数之比，称作比结合能也叫平均结合能。
比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
比结合能曲线：不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图所示.
从图中可看出，中等质量原子核的比结合能 ，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要 .
怎样区别和理解结合能与比结合能？结合能：把原子核分开成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量.比结合能：结合能与核子数的比值，比结合能能够反映核的稳定程度，比结合能越大表明原子核越稳定.组成原子核的核子越多，它的结合能越高，但比结合能不一定越大，相对来说，比结合能更有意义.它反映了原子核结合的稳定程度或分裂的难易程度.
1.从相对论得出，物体的能量和质量之间存在如下密切联系。
例1：中子的质量为1.6749×10－27Kg质子的质量为1.6726×10－27Kg 氘核的质量为3.3436×10－27Kg ，求氘核的比结合能。
解：单个中子与质子的质量之和为：
由爱因斯坦的质能方程可得：
2.质量亏损把组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫做核的质量亏损。
核子在结合成原子核时出现质量亏损，所以要放出能量，大小为：
核能的计算方法(1)根据质量亏损计算①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm.②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能.其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳.(2)利用原子质量单位u和电子伏特计算根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV.其中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV.
碳12元素原子质量的1/12
反应前总质量：MN＋MHe＝18.011 40 u，反应后总质量：MO＋MH＝18.012 69 u.可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应.吸收的能量利用ΔE＝Δmc2来计算，若反应过程中质量增加1 u，就会吸收931.5 MeV的能量，故ΔE＝(18.012 69－18.011 40)×931.5 MeV≈1.2 MeV.
1.核电站利用核能发电，它的核心设施是 .它主要由以下几部分组成：(1)燃料： .(2)慢化剂：铀235容易捕获 发生反应，可采用 、 、______作减速剂.(3)控制棒：为控制能量释放的速度，需控制中子的数目，采用 作为 来控制链式反应的速度.
2.工作原理核燃料 释放的能量，使反应区温度升高.3.能量输出利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外 ，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却.4.核污染的处理在反应堆的外面需要修建很厚的 ，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，核废料具有很强的 ，需要装入特制的容器， .
1.玻尔理论的三个重要假设(1)定态假设：电子只能处于一系列 的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的转动是 的，电子虽然绕核运动，但并不产生电磁辐射.(2)跃迁假设：电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En，m>n)时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝ .(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)(3)轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应.原子的定态是 ，因此电子的可能轨道也是 .
2.氢原子的能量和能级跃迁(1)能级和半径公式：①能级公式：En＝ E1(n＝1,2,3…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝ eV.②半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3…)，其中r1为基态轨道半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.
(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发射光子光子的频率ν＝(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收光子吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν＝ΔE.
2.使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子：(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，则光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n＋1时能量不足，则可激发到n能级的问题.(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如，自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于等于两能级的能量差值，就可使原子发生能级跃迁.
2.光谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N＝3.电离(1)电离态：n＝∞，E＝0.(2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量.例如：基态→电离态：E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV(3)吸收的能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能.
注意跃迁与电离：hν＝Em－En只适用于光子和原子作用使原子在各定态之间跃迁的情况，对于光子和原子作用使原子电离的情况，则不受此条件的限制.如基态氢原子的电离能为13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大.
例：氢原子能级图如图，氢原子处于n＝4能级上.当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射光的波长为1 884 nm，下列判断正确的是A.一个氢原子向低能级跃迁时，最多产生6种谱线B.从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量C.氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长大 于1 884 nmD.用从n＝5能级跃迁到n＝2能级辐射的光照射W逸＝2.29 eV的钠，能发 生光电效应
B.氢原子向外辐射能量，不是原子核向外辐射能量
C.直接看线段长短，能量差更大，光子频率更大，波长更短
D.E＝E5－E2＝－0.54 eV－(－3.40 eV)＝2.86 eV>2.29 eV
(多选)如图所示是氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出6种不同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n＝2能级跃迁时释放的光子，则
A.6种光子中波长最长的是n＝4激发态跃迁到基态 时产生的B.6种光子中有2种属于巴耳末系C.使n＝4能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量D.若从n＝2能级跃迁到基态释放的光子能使某金 属板发生光电效应，则从n＝3能级跃迁到n＝2能 级释放的光子也一定能使该板发生光电效应
能量差最大，光子频率最大，波长最短
如图所示为氢原子的能级图.用光子能量为13.06 eV的光照射一群处于基态的氢原子，则可能观测到氢原子发射的不同波长的光有A.15种 B.10种 C.4种 D.1种
1.原子核的组成：原子核是由 和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的 .2.天然放射现象放射性元素 地发出射线的现象，首先由 发现.天然放射现象的发现，说明 具有复杂的结构.
X表示 元素符号
Z表示 质子数
A表示 质量数
如质子数相同，中子数不同，（质量数当然不同），则互为同位素。
核外电子数也相同；化学性质相同，物理性质不同。
注意质量数不是质量质子数或电荷数也不是电荷量
电荷数＝质子数＝元素的原子序数＝中性原子核外电子数质量数＝核子数＝质子数＋中子数.
1.定义：原子核放出α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核，我们把这种变化称为原子核的衰变.原子核衰变时电荷数和质量数都守恒，但质量不守恒
3.衰变规律： 守恒， 守恒.
原子核内原来是没有电子的，本质是核内一个中子转化为一个质子+电子
原子核内原来是没有α粒子的，本质是核内两个中子和两个质子结合
衰变次数的分析计算方法：(1)依据：电荷数和质量数守恒(2)方法：根据β衰变不改变质量数的特点，可根据反应先后质量数的变化先确定α衰变的次数，然后计算出电荷数的改变，由其差值可确定β衰变的次数.
238＝206＋4x①92＝82＋2x－y②联立①②解得x＝8，y＝6.即一共经过8次α衰变和6次β衰变.
例：放射性元素A经过2次α衰变和1次β衰变后生成一新元素B，则元素B在元素周期表中的位置较元素A的位置向前移动了A.1位 B.2位C.3位 D.4位
每经过一次α衰变，元素电荷数减少2，每经过一次β衰变，元素电荷数增加1，元素A经过2次α衰变和1次β衰变，则电荷数减少3，即新元素在元素周期表中的位置向前移动了3位，故C正确.
1.放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期.2.放射性元素衰变的快慢是由 的因素决定的，跟原子所处的 和 没有关系.3.半衰期是一个 概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时刻衰变的可能性，因此，半衰期只适用于 原子核.
(多选)14C发生放射性衰变为14N，半衰期约5 700年.已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少.现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一.下列说法正确的是( )A.该古木的年代距今约5 700年B.12C、13C、14C具有相同的中子数C.14C衰变为14N的过程中放出β射线D.增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变
C.衰变前后质量数守恒，质量并不守恒
由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向
裂变和聚变都损失质量，释放能量
A.质量数和电荷数守恒,X质量数为4，电荷数为2，为α粒子
B.Y质量数为1，电荷数为0，为中子，核反应类型为轻核聚变
C.K质量数为10，电荷数为0，则K为10个中子，核反应类型为重核裂变
D.Z质量数为1，电荷数为1，为质子，核反应类型为人工转变
核力与四种基本相互作用
1.核力原子核里的 间存在着相互作用的核力， 把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核.2.核力特点(1)核力是 的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力 .(2)核力是 ，作用范围在 之内.(3)每个核子只跟 的核子发生核力作用，这种性质称为核力的 .
1.5×10－15 m
1结合能.当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量．这个能量叫做原子核的结合能
原子核的核子越多，它的结合能越高。因此，有意义的是它的结合能与核子数之比，称作比结合能也叫平均结合能。
比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
比结合能曲线：不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图所示.
从图中可看出，中等质量原子核的比结合能 ，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要 .
怎样区别和理解结合能与比结合能？结合能：把原子核分开成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量.比结合能：结合能与核子数的比值，比结合能能够反映核的稳定程度，比结合能越大表明原子核越稳定.组成原子核的核子越多，它的结合能越高，但比结合能不一定越大，相对来说，比结合能更有意义.它反映了原子核结合的稳定程度或分裂的难易程度.
1.从相对论得出，物体的能量和质量之间存在如下密切联系。
例1：中子的质量为1.6749×10－27Kg质子的质量为1.6726×10－27Kg 氘核的质量为3.3436×10－27Kg ，求氘核的比结合能。
解：单个中子与质子的质量之和为：
由爱因斯坦的质能方程可得：
2.质量亏损把组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫做核的质量亏损。
核子在结合成原子核时出现质量亏损，所以要放出能量，大小为：
核能的计算方法(1)根据质量亏损计算①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm.②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能.其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳.(2)利用原子质量单位u和电子伏特计算根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV.其中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV.
碳12元素原子质量的1/12
反应前总质量：MN＋MHe＝18.011 40 u，反应后总质量：MO＋MH＝18.012 69 u.可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应.吸收的能量利用ΔE＝Δmc2来计算，若反应过程中质量增加1 u，就会吸收931.5 MeV的能量，故ΔE＝(18.012 69－18.011 40)×931.5 MeV≈1.2 MeV.
1.核电站利用核能发电，它的核心设施是 .它主要由以下几部分组成：(1)燃料： .(2)慢化剂：铀235容易捕获 发生反应，可采用 、 、______作减速剂.(3)控制棒：为控制能量释放的速度，需控制中子的数目，采用 作为 来控制链式反应的速度.
2.工作原理核燃料 释放的能量，使反应区温度升高.3.能量输出利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外 ，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却.4.核污染的处理在反应堆的外面需要修建很厚的 ，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，核废料具有很强的 ，需要装入特制的容器， .
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